Question

【題目】科學家提出“綠色自由”構想，把空氣中的CO2轉化為可再生能源甲醇（CH3OH）。該反應的熱化學方程式為：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H

（1）若在一個定溫定容的容器中發(fā)生上述反應，反應達到平衡的標志是________。

A．CO2和CH3OH的濃度相等

B．H2的百分含量保持不變

C．容器內(nèi)壓強保持不變

D．3v正(H2)=v逆(H2O)

E．容器中混合氣體的密度保持不變

（2）若將CO2和H2的混合氣體分成五等份，將它們分別充入溫度不同、容積相同的恒容容器中發(fā)生上述反應。反應相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù) （CH3OH）與反應溫度T的關系如圖，則上述CO2轉化為甲醇的反應的△H_____0（填“＞”、“＜”、“＝”）

（3）上述反應在實際生產(chǎn)中采用的溫度是300℃，其目的是_________________。

（4）300℃時，將CO2與H2按1∶3的體積比充入某密閉容器中，CO2的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖所示。回答問題：

①若其他條件不變，將A點的體積壓縮至原來的一半，一段時間后反應再次達到平衡，與原平衡相比較下列說法正確的是_______。

A．CO2的濃度減小 B．正反應速率增大，逆反應速率減小

C．CO2和H2的體積比仍然是1∶3 D．H2的體積分數(shù)減小

②B點平衡混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為_______________（保留一位小數(shù)）。

Answer 1

【答案】BC<加快反應速率，使催化劑活性最高CD22.7g/mol

【解析】

（1）根據(jù)平衡狀態(tài)的含義分析；

（2）根據(jù)甲醇含量與溫度關系分析；

（3）根據(jù)溫度與反應速率和催化劑活性關系分析；

（4）①根據(jù)壓強與反應速率及平衡關系分析；

②根據(jù)B點的平衡轉化率為0.8結合平均相對分子質(zhì)量的含義計算。

解析：（1）A．CO2和CH3OH的濃度相等不能說明正逆反應速率是否相等，不一定是平衡狀態(tài)，A錯誤； B．H2的百分含量保持不變，說明是平衡狀態(tài)，B正確；C．正反應體積減小，容器內(nèi)壓強保持不變 ，說明是平衡狀態(tài)，C正確；D．3v正(H2)=v逆(H2O) 不滿足反應速率之比是相應的化學計量數(shù)之比，因此沒有達到平衡狀態(tài)，D錯誤；E．密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此容器中混合氣體的密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，E錯誤，答案選BC；

（2）隨著溫度的升高甲醇含量增加，反應向正反應方向進行；達到最高后說明達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度甲醇含量降低，說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，正反應是放熱反應；

（3）采用300℃的溫度，可以加快反應速率，且催化劑活性較高；

（4）合成塔中發(fā)生反應：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。

①A．體積壓縮，反應混合物各組分濃度均增大，A錯誤；B．體積壓縮，壓強增大，正、逆反應速率都增大，B錯誤；C．CO2和H2按1：3的體積比投入，且二者按物質(zhì)的量1：3反應，反應體系中CO2和H2的體積比始終為1：3，C正確；D．壓縮體積，增大壓強，平衡正向移動，氫氣的體積分數(shù)減小，D正確，答案選CD；

②設CO2和H2分別是1mol、3mol。由圖可知，0.5MPa條件下CO2的平衡轉化率為0.9，可知反應的CO2為0.9mol，根據(jù)方程式可知參加反應氫氣物質(zhì)的量為0.9mol×3=2.7mol，生成甲醇和水蒸氣分別是0.9mol、0.9mol，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量是。